23-24高二下·全国·课堂例题
1 . 根据甲乙两图回答下列问题:
(1)我们在研究原子核内部情况时,要用极高能量的粒子轰击原子核。那么该如何增加带电粒子的动能呢?
(2)由于产生过高的电压在技术上很困难,经过一次加速粒子增加的动能又有限。那么如何才能使带电粒子获得极高的能量呢?
(3)在图甲所示的多级加速器中,各加速区的两板之间用独立电源供电,所以粒子从
飞向
、从
飞向
……时不会减速。这种加速器有什么缺点?
(4)为了克服上述缺点,我们进一步思考,如果带电粒子在一次加速后又转回来被第二次加速呢,如此往复“转圈圈”式地被加速,加速器装置所占的空间就会大大缩小。那么什么能使带电粒子“转圈圈”?
(5)人们依据上述思路设计出了用磁场控制轨道、用电场进行加速的回旋加速器,如图乙所示,其中粒子源位于A处。试阐述回旋加速器的原理。
(6)图乙中假如粒子每两次经过盒缝的时间间隔[指粒子经过半圆轨道所用的时间。盒缝宽度远小于盒半径(图乙夸大了缝的宽度),粒子通过盒缝的时间可以忽略。控制两盒间电势差的正负变换是比较容易的。但是粒子运动越来越快,也许粒子走过半圆的时间间隔越来越短,这样两盒间电势差的正负变换就要越来越快,从而造成技术上的一个难题。实际情况会不会这样?为什么?
(1)我们在研究原子核内部情况时,要用极高能量的粒子轰击原子核。那么该如何增加带电粒子的动能呢?
(2)由于产生过高的电压在技术上很困难,经过一次加速粒子增加的动能又有限。那么如何才能使带电粒子获得极高的能量呢?
(3)在图甲所示的多级加速器中,各加速区的两板之间用独立电源供电,所以粒子从
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(4)为了克服上述缺点,我们进一步思考,如果带电粒子在一次加速后又转回来被第二次加速呢,如此往复“转圈圈”式地被加速,加速器装置所占的空间就会大大缩小。那么什么能使带电粒子“转圈圈”?
(5)人们依据上述思路设计出了用磁场控制轨道、用电场进行加速的回旋加速器,如图乙所示,其中粒子源位于A处。试阐述回旋加速器的原理。
(6)图乙中假如粒子每两次经过盒缝的时间间隔[指粒子经过半圆轨道所用的时间。盒缝宽度远小于盒半径(图乙夸大了缝的宽度),粒子通过盒缝的时间可以忽略。控制两盒间电势差的正负变换是比较容易的。但是粒子运动越来越快,也许粒子走过半圆的时间间隔越来越短,这样两盒间电势差的正负变换就要越来越快,从而造成技术上的一个难题。实际情况会不会这样?为什么?
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2 . 如图所示,为回旋加速器的工作原理示意图,两个D形盒的正中间有狭缝,狭缝宽度为d,狭缝之间存在匀强电场,电场强度为E;两个半径为R的D形盒接上高频交流电,并处在匀强磁场中,在
的中心A处有一个粒子源,它产生并发出比荷为k的带正电粒子,粒子的初速度视为0,经加速后从D形盒的边缘以速度v飞出,不计粒子重力,求:
(1)粒子在狭缝之间运动的总时间和匀强磁场的磁感应强度;
(2)粒子第4次被加速结束的瞬间位置与A点之间的距离。
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(1)粒子在狭缝之间运动的总时间和匀强磁场的磁感应强度;
(2)粒子第4次被加速结束的瞬间位置与A点之间的距离。
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3 . 1932年,劳伦斯和利文斯设计出了回旋加速器。回旋加速器的工作原理如图所示,置于真空中的两个D形金属盒半径为R,两盒间的狭缝很小,带电粒子穿过的时间可以忽略不计,磁感应强度为B的匀强磁场方向与盒面垂直。两D形盒之间所加的交流电压为U,粒子质量m、电荷量为q的粒子从D形盒一侧圆心处开始被加速(初动能可以忽略),经若干次加速后粒子从D形盒边缘射出。求:
(1)粒子从D形盒边缘射出时的动能;
(2)粒子被加速的次数。
(1)粒子从D形盒边缘射出时的动能;
(2)粒子被加速的次数。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2024/3/7/3448301401251840/3448606151507968/STEM/1125133c58e0478499f73efe1da9637a.png?resizew=159)
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2024-03-15更新
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296次组卷
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3卷引用:2019人教版课后习题 选择性必修2 第一章 4.质谱仪与回旋加速器变式题
(已下线)2019人教版课后习题 选择性必修2 第一章 4.质谱仪与回旋加速器变式题山东省枣庄市第一中学2023-2024学年高二下学期月考(安培力和洛伦兹力、电磁感应)物理试题山东省枣庄市第一中学2023-2024学年高二下学期3月月考物理试卷
4 . 一回旋加速器中匀强磁场的磁感应强度为B,两D形盒狭缝间加的交流电压为 U。质量为m、电荷量为q的离子在回旋加速器中,由静止开始经交流电压多次加速后,旋转轨道是半径为r的圆,圆心在O点。为引出离子,使用磁屏蔽通道法设计引出器,引出器原理如图所示,一对圆弧形金属板组成弧形引出通道,通道的圆心位于
点。引出离子时,改变通道内磁场的磁感应强度,从而使离子从P点进入通道,沿通道中心线从Q点射出。则( )
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/12fe32dfbd66709875c5b9f79c9496da.png)
A.交流电压的变化周期为 ![]() |
B.粒子的加速次数为![]() |
C.引出离子时,通道内、外的磁场方向相反 |
D.引出离子时,通道内的磁感应强度大于B |
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名校
5 . 1932年,劳伦斯和利文斯设计出了回旋加速器。回旋加速器的工作原理如图所示,置于高真空中的D形金属盒半径为R,两盒间的间距为d,磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直。A处粒子源产生的粒子,质量为m、电荷量为+q,在加速器中被加速,加速电压为U。加速过程中不考虑相对论效应和重力作用。
(1)求交变电场的频率;
(2)求粒子第2次和第1次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比;
(3)求粒子从静止开始加速到出口处在电场和磁场中运动所需的总时间t。
(1)求交变电场的频率;
(2)求粒子第2次和第1次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比;
(3)求粒子从静止开始加速到出口处在电场和磁场中运动所需的总时间t。
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6 . 如图所示,回旋加速器两个形金属盒分别与高频交流电源两极相接,两盒放在磁感应强度为
的匀强磁场中,回旋加速器右侧存在宽度为
的有界匀强磁场区域,竖直虚线为磁场边界,磁感应强度大小也为
,方向垂直纸面向里。一电子经回旋加速器加速后,以速度
沿纸面垂直边界进入磁场,穿出磁场时速度方向和原来射入方向的夹角为
,不计重力,求:
(1)电子的比荷;
(2)交流电源频率。
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名校
7 . 1932年,劳伦斯和利文斯顿设计出了回旋加速器。回旋加速器的工作原理如图所示,置于高真空中的D形金属盒半径为R,两盒间接交流电源,两盒间的狭缝很小,带电粒子穿过狭缝的时间可以忽略不计,磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直,A处粒子源产生的质子,质量为m、电荷量为q,(质子初速度很小,可以忽略)在加速器中被加速,加速电压为U。加速过程中不考虑相对论效应和重力作用,求:
(1)离子第一次进入磁场中的速度v;
(2)粒子在电场中最多被加速多少次;
(3)要使质子每次经过电场都被加速,则交流电源的周期为多大。在实际装置设计中,可以采取哪些措施尽量减少带电粒子在电场中的运行时间。
(1)离子第一次进入磁场中的速度v;
(2)粒子在电场中最多被加速多少次;
(3)要使质子每次经过电场都被加速,则交流电源的周期为多大。在实际装置设计中,可以采取哪些措施尽量减少带电粒子在电场中的运行时间。
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2024-01-24更新
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586次组卷
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3卷引用:北京市北京大学附属中学2023-2024学年高二上学期期末考试物理试题
北京市北京大学附属中学2023-2024学年高二上学期期末考试物理试题(已下线)2019人教版课后习题 选择性必修2 第一章 4.质谱仪与回旋加速器变式题2024届北京市人大附中北京经济技术开发区学校高三下学期第三次统测物理试卷
8 . 某回旋加速器的工作原理如图所示。
和
是两个中空的、半径为R的半圆型金属盒,两盒之间窄缝的宽度为d,它们之间有一定的电势差,大小为U。两个金属盒处于与盒面垂直的匀强磁场中,磁感应强度大小为B,
盒的中央A处的粒子源可以产生质量为m、电荷量为
的粒子,控制两盒间的电势差,改变电场方向,使粒子每次经过窄缝都会被电场加速,之后进入磁场做匀速圆周运动,经过若干次加速后,粒子从金属
盒边缘离开。忽略粒子的初速度、粒子的重力、粒子间的相互作用及相对论效应。
(1)求粒子离开加速器时获得的最大动能
;
(2)忽略粒子在两盒间的电场加速的时间,计算粒子从A点开始运动到离开加速器的时间;
(3)已知该回旋加速器金属盒的半径
,窄缝的宽度
。请通过计算分析,说明在解决(2)问时忽略粒子在两盒间的电场加速时间的原因。
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(1)求粒子离开加速器时获得的最大动能
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(2)忽略粒子在两盒间的电场加速的时间,计算粒子从A点开始运动到离开加速器的时间;
(3)已知该回旋加速器金属盒的半径
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9 . 如图甲所示回旋加速器的两个“D”型盒的半径为R,匀强磁场的磁感应强度大小为B,现在两“D”型盒间接入峰值为U0的交变电压,电压随时间的变化规律如图乙所示,将粒子源置于盒的圆心处,粒子源产生质量为m、电荷量为q的氘核(
),在t=0时刻进入“D”型盒的间隙,已知粒子的初速度不计,穿过电场的时间忽略不计,不考虑相对论效应和重力作用,下列说法正确的是( )
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2024/1/17/3413295632023552/3413673102393344/STEM/f43f2ee75e20429d89b7bc3b7c6b77ef.png?resizew=407)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/3fcf2c53cf47e473eccca3e21f648c17.png)
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2024/1/17/3413295632023552/3413673102393344/STEM/f43f2ee75e20429d89b7bc3b7c6b77ef.png?resizew=407)
A.只要加速器足够大可以将粒子加速至接近光速 |
B.不需要改变任何条件,该装置也可以加速α粒子(![]() |
C.氘核离开回旋加速器的最大动能为![]() |
D.粒子第一次与第二次在![]() ![]() |
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2024高三·全国·专题练习
10 . 如图所示为一种获得高能粒子的装置,环形区域内存在垂直于纸面、磁感应强度大小可调的匀强磁场(环形区域的宽度非常小)。质量为m、电荷量为q的带正电粒子可在环中做半径为R的圆周运动。A、B为两块中心开有小孔的距离很近的平行极板,原来电势均为零,每当带电粒子经过A板刚进入AB之间时,A板电势升高到+U,B板电势仍保持为零,粒子在两板间的电场中得到加速。每当粒子离开B板时,A板电势又降为零。粒子在电场中一次次加速使得动能不断增大,而在环形区域内,通过调节磁感应强度大小可使绕行半径R不变。已知极板间距远小于R,则下列说法正确的是( )
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2024/1/13/d88d71d4-422c-47ed-9047-ce96c379622f.png?resizew=180)
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2024/1/13/d88d71d4-422c-47ed-9047-ce96c379622f.png?resizew=180)
A.环形区域内匀强磁场的磁场方向垂直于纸面向里 |
B.粒子从A板小孔处由静止开始在电场力作用下加速,绕行N圈后回到A板时获得的总动能为NqU |
C.粒子在绕行的整个过程中,A板电势变化周期不变 |
D.粒子绕行第N圈时,环形区域内匀强磁场的磁感应强度为![]() |
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